Научная статья на тему 'МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ'

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
72
5
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ / ПОРИСТОСТЬ / ИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ / ТЕМП ОХЛАЖДЕНИЯ / ПОВЕРХНОСТНАЯ ПЛОТНОСТЬ / THERMAL CONDUCTIVITY / POROSITY / INSULATION MATERIAL / COOLING RATE / SURFACE DENSITY

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Сенникова О.Б., Колищак В.М., Дюкова А.И.

Статья посвящена пористым теплоизоляционным материалам, которые широко используются в качестве тепловой изоляции в теплоэнергетике. Для исследования теплопроводности теплоизоляционных материалов была разработана экспериментальная установка, определяющая темпы охлаждения исследуемых образцов с различной пористостью. На основе анализа термограмм, полученных в ходе эксперимента, построены полулогарифмические графики охлаждения исследуемых образцов, имеющих различные поверхностные плотности, с помощью которых были найдены значения темпа охлаждения исследуемых образцов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE METHOD OF DETERMINATION OF THERMAL CONDUCTIVITY OF THERMAL INSULATION MATERIALS

The article is devoted to porous thermal insulation materials, which are widely used as thermal insulation in heat power engineering. To study the thermal conductivity of thermal insulation materials, an experimental setup was developed that determines the cooling rates of the samples with different porosity. Based on the analysis of thermograms obtained during the experiment, semi-logarithmic graphs of cooling of the studied samples with different surface densities were constructed, with the help of which the values of the cooling rate of the studied samples were found

Текст научной работы на тему «МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

УДК 621.184.64:536.24

Сенникова О.Б., к техн. н.

доцент

кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Колищак В.М. студент магистратуры 2 курса факультет урбанистики и городского хозяйства

Дюкова А.И. студент магистратуры 2 курса факультет урбанистики и городского хозяйства Московский политехнический университет

Россия, г. Москва МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Аннотация: Статья посвящена пористым теплоизоляционным материалам, которые широко используются в качестве тепловой изоляции в теплоэнергетике. Для исследования теплопроводности теплоизоляционных материалов была разработана экспериментальная установка, определяющая темпы охлаждения исследуемых образцов с различной пористостью. На основе анализа термограмм, полученных в ходе эксперимента, построены полулогарифмические графики охлаждения исследуемых образцов, имеющих различные поверхностные плотности, с помощью которых были найдены значения темпа охлаждения исследуемых образцов.

Ключевые слова: теплопроводность, пористость, изоляционный материал, темп охлаждения, поверхностная плотность.

Sennikova O.B., candidate of technical Sciences, associate Professor associate Professor of «Industrial heat power engineering»

Moscow Polytechnic University Russia, Moscow Kolishchak V.M. master's student

2nd year, faculty of urbanistics and municipal economy

Moscow Polytechnic University Russia, Moscow Dyukova A.I. master's student

2nd year, faculty of urbanistics and municipal economy

Moscow Polytechnic University Russia, Moscow

THE METHOD OF DETERMINATION OF THERMAL CONDUCTIVITY OF THERMAL INSULATION MATERIALS

Abstract: The article is devoted to porous thermal insulation materials, which are widely used as thermal insulation in heat power engineering. To study the thermal conductivity of thermal insulation materials, an experimental setup was developed that determines the cooling rates of the samples with different porosity. Based on the analysis of thermograms obtained during the experiment, semi-logarithmic graphs of cooling of the studied samples with different surface densities were constructed, with the help of which the values of the cooling rate of the studied samples were found

Keywords: thermal conductivity, porosity, insulation material, cooling rate, surface density.

Современный подход к строительству и эксплуатации зданий и сооружений жилого и общепромышленного назначения требует использования эффективных теплоизоляционных материалов и материалов с заданными параметрами теплопроводности. Для того, чтобы добиться оптимальных результатов, важно понимать, что работы по утеплению некоторых элементов зданий имеют свои особенности. Одним из главных элементов в конструкции любого строения является безопасный утеплитель, который используется для изоляции дымоходов, потолочных перекрытий, полов и стен.

Применение теплоизоляционных материалов нового поколения с улучшенными теплотехническими свойствами требует решения задачи определения их теплотехнических параметров, в том числе -теплопроводности. На практике показатели теплопроводности теплоизоляционных материалов зависят от множества факторов - от влажности, паропроницаемости, теплоемкости, пористости и других характеристик изоляционного материала.

В последнее время, при монтаже тепловой изоляции поверхностей все чаще используется пенополиуретан и пеноизол, которые наносятся на обрабатываемую поверхность в виде пены. Эти материалы пластичны, они с легкостью заполняют полости внутри стен постройки. Недостатком вспениваемых веществ является потребность в использовании специального оборудования для их распыления.

Конкуренцию материалам на базе пенополистирола уверенно составляют минераловатные блоки, обладающие низкой теплопроводностью, высокой эксплуатационной надежностью и долговечностью, а также пожаробезопасностью и удобством монтажа.

Также для теплоизоляции жилых объектов применяются сыпучие материалы, такие как гранулированный перлит. Перлит экологичен, не горюч и устойчив к усадке в процессе эксплуатации. [1].

Результаты теплофизических испытаний существующих теплоизоляционных материалов показывают, что фактические

коэффициенты теплопроводности значительно отличаются от значений, указанных в технических условиях по эксплуатации данных материалов. Это объясняется, прежде всего, недостаточной эффективностью существующих методик определения теплопроводности изоляционных материалов. Значимую роль в величине теплопроводности волокнистых материалов играет доля воздушных камер в слое или пористость.

Определение теплопроводности пористых теплоизоляционных материалов.

Известно, что эффективная теплопроводность газообразного заполнителя XI рассчитывается по формуле:

XI = X + е ■ f ■ р, (1)

где:

X - коэффициент теплопроводности воздуха; е - ширина воздушной полости;

f = (Ti — Т2) / — 12) - температурный коэффициент, характеризующий среднюю температуру между T1 и T2 (tl и t2 -температуры стенок, °С);

р = {E2 /[1 - (1 - E2)]} ■ 4,9 ■ 108 - приведенный коэффициент излучения системы;

Е - излучательная способность материала.

Основываясь на этой модели переноса тепла в разупорядоченных материалах [2], эффективную теплопроводность воздуха можно представить в следующем виде:

X = A ■ T0,8 + B ■ T3, (2)

где:

A и B - коэффициенты, определяемые опытным путем в зависимости от свойств материала.

Следовательно, в интервале температур 273 ^ 573 К теплопроводность изоляционного материала изменяется по закону:

X = A' ■ T0,8 + B' ■ T3, (3)

где:

A' и B' - эмпирические коэффициенты для указанного интервала температур.

Таким образом, очевидно, что для определения величины теплопроводности изоляционного материала достаточно знать две экспериментальные величины - А' и В'.

Коэффициент В' пропорционален размеру воздушных включений и приведенному коэффициенту излучения материала, который при всех прочих равных условиях к тому же почти постоянен для неметаллических материалов без примеси металла, из которых обычно изготавливаются изоляционные материалы.

Для теплоизоляционных материалов, содержащих стекловолокно, уравнение (3) выглядит следующим образом:

103 ■ к = а ■ (—)0,8 + Ь ■ (—)3, (4)

\100/ \100/ 4 '

где:

а и Ь - коэффициенты соотношения (4), определяемые по справочнику

[2].

По экстремальным значениям температуры Т (при 292,5 и 443,5 К), получим:

103 ■ к = 14,4 ■ (—)0'8 + 0,193 ■ (—)3, (5)

100 100

Согласно этой теории [2], в основе определения эффективной теплопроводности теплоизоляционных пористых материалов с воздушными включениями лежит расчет отношения Ь/а, пропорционального е - ширине воздушных включений.

Для теплопроводности изоляционных материалов, содержащих включения (в виде пузырьков или трещин), или для сыпучих материалов, в которых межзерновые промежутки заполнены воздухом или каким-либо другим газом, справедливо следующее выражение:

а ■ к + Ь ■ к', а + Ь = 1, (6)

где:

к и к'- величины коэффициентов теплопроводности, определяемые по формуле:

1 + -Г1

k = kl (1+ , - .[,- (7)

ill Ла

где:

ka - теплопроводность плотной фазы;

kl - теплопроводность газовой фазы, в предположении, что связующую роль выполняют последовательно воздух (или какой-то другой газ), а затем сам материал;

v - поверхностная плотность материала.

Значения а и b зависят от формы пустот, от формы зерен материала в случае, когда рассматриваются сыпучие материалы, и также от относительных величин ka и kl.

При исследовании теплопроводности объектов сложной геометрии целесообразно использование следующей методики определения эмпирических коэффициентов с максимальной достоверностью.

Исследуемую модель с образцом охлаждают так, чтобы было обеспечено условие:

в = const, а^<х>,

где:

а - коэффициент теплоотдачи на границе между системой и окружающей средой;

в- температура среды при стационарном тепловом потоке.

В ходе эксперимента производится анализ полученных термограмм, на

основании которого строятся полулогарифмические графики охлаждения исследуемых образцов с различными поверхностными плотностями, при помощи которых по формуле (8) найдены значения темпа регулярного охлаждения т данных образцов:

1п-вл- Ытд? ,„ч

т = —1-(8)

Т1

где:

п-в = д - разность температуры фиксированной точки тела и температуры среды;

т1 и т2 - произвольные элементы времени.

По полученным величинам темпа регулярного охлаждения т по формуле (9) вычисляются коэффициенты температуропроводности: а = К • т, (9)

где:

т - значение темпа регулярного охлаждения; К - коэффициент формы объекта, определяемый из формулы:

К = п2 • Кмод, (10)

где:

п - отношение линейных размеров полотен и эталонного образца, причем линейные размеры модели в п раз меньше размеров объекта;

Кмод - коэффициент формы модели, определяемый по геометрическим размерам тела.

Экспериментальная установка для исследования тепловых свойств теплоизоляционных материалов

Для исследования теплопроводности пористых теплоизоляционных материалов на примере нетканых полотен была разработана экспериментальная установка (рис. 1) для определения темпа регулярного охлаждения т исследуемых образцов различной пористости.

Данная установка включает в себя следующие функциональные узлы:

- исследуемый образец - нетканое полотно, изготовленное из полипропилена, в виде пластин размерами 100 х 100 мм и толщиной 8 = 3^8 мм;

- система нагрева исследуемого образца представляет собой плоскую алюминиевую пластину размерами 100 х 100 мм и толщиной 8 = 20 мм с вмонтированным электронагревателем, мощность которого регулируется автотрансформатором. Температура пластины контролируется с помощью набора термопарных датчиков хромель-копель, встроенных в пластину;

- термостатирование системы нагрева и исследуемого образца производится в герметичном шкафу с двойной изоляцией: первый слой -асбестовая панель толщиной 8 = 20 мм, второй слой - алюминиевая фольга для снижения теплопотерь излучением. Для съемки исследуемого образца, осуществляемой с помощью инфракрасной камеры, в герметичный шкаф встроено окошко из прозрачного в инфракрасном спектральном диапазоне материала [4];

- измерительная система, которая состоит из следующих элементов:

• тепловизионная система, включающая в себя: инфракрасную камеру ThermaCAM SC 3000 (в корпусе исполнения IP54) со встроенным 20° объективом, пульт дистанционного управления, а также набор программного обеспечения и дополнительного оборудования;

• персональный компьютер с установленным на нем пакетом программ Agema Research, который, используя интерфейс для PC-карты, позволяет подключать систему ThermaCAM SC 3000 непосредственно к портативному компьютеру, а также отображать и анализировать термографические изображения, получаемые в ходе съемки, с сохранением их на жестком диске.

^ 1

Рис.1. Схема экспериментальной установки для исследования тепловых свойств теплоизоляционных материалов: 1 - тепловизионная система; 2 - персональный компьютер;

3 - жидкостный термометр; 4 - система нагрева исследуемого образца;

5 - милливольтметр; 6 - автотрансформатор; 7 - герметичный шкаф с двойной изоляцией; 8 - набор термопарных датчиков; 9 - амперметр.

Анализ полученных экспериментальных данных по определению теплопроводности пористых материалов

В результате проведенных на экспериментальной лабораторной установке (рис. 1) исследований получены данные в виде набора термограмм процесса охлаждения группы исследуемых образцов нетканых теплоизоляционных материалов.

Характеристики экспериментальных полотен на основе полипропиленового волокна приведены ниже в таблице 1 [5, 6]:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таблица 1.

Характеристики экспериментальных полотен на основе _полипропиленового волокна_

Материал (по артикулу) Толщина, мм Плотность Пористость П, %

поверхностная, г/м2 объемная, кг/м3

Полипропилен 1,65 - 900 0,00

110-5-200 3,9 200 51,28 94,30

50-3-300 6,2 300 48,39 94,62

80-3-400 5,1 400 78,43 91,29

50-5-400 6,1 400 65,57 92,71

80-1-300 5,6 300 53,57 94,05

110-1-200 4,6 200 43,48 95,17

110-5-400 3,7 400 108,11 87,99

110-1-400 5,4 400 74,07 91,77

50-1-400 7,4 400 54,05 93,99

80-5-300 4,7 300 63,83 92,91

Основываясь на результатах анализа полученных термографических изображений процесса охлаждения, построены полулогарифмические графики охлаждения образцов с различными поверхностными плотностями (рис. 2 - 4), с помощью которых по формуле (8) были определены значения темпа регулярного охлаждения т исследуемых образцов (табл. 2.).

Таблица 2.

Темп регулярного охлаждения m исследуемых нетканых полотен

№ образца Материал (по артикулу) Темп охлаждения m, ^1

1 Полипропилен 1,386x10-2

2 110-5-200 2,034x10-2

3 50-3-300 1,956x10-2

4 80-3-400 1,643x10-2

5 50-5-400 2,161x10-2

6 80-1-300 2,100x10-2

7 110-1-200 1,887x10-2

8 110-5-400 2,386x10-2

9 110-1-400 2,059x10-2

10 50-1-400 1,588x10-2

11 80-5-300 2,069x10-2

Время, с

^—Материал 100-1-200 ^—Материал 110-5-200

Рис. 2. График охлаждения образцов с поверхностной плотностью 200 г/м2.

Время, с

^—Материал 50-3-300 Материал 80-1-300 Материал 80-5-300

Рис. 3. График охлаждения образцов с поверхностной плотностью 300 г/м2.

Время,с

^—Материал 110-1-400 Материал 50-1-400 Материал 80-3-400

^—Материал 50-5-400 Материал 110-5-400

Рис. 4. График охлаждения образцов с поверхностной плотностью 400 г/м2.

Исследуемые в ходе проведения эксперимента образцы нетканых полотен имели рыхлую поверхностную структуру, по этой причине для определения их коэффициента формы К было решено воспользоваться моделированием: из «эталонного» вещества, имеющего стабильные и известные теплофизические свойства (а, к, с) был изготовлен образец, повторяющий в заданном масштабе исследуемые полотна, коэффициент формы К которых необходимо вычислить. В качестве «эталонного» вещества выбран полипропилен, обладающий теплопроводностью равной кп/п = 0,088 Вт/(мК). Экспериментальным путем было определено значение темпа регулярного охлаждения т эталонного образца и по формуле (9), где а известно, был найден коэффициент формы модели Кмод = 3,527мм2.

Коэффициент формы К экспериментальных полотен был вычислен по формуле (10).

По найденным величинам темпа регулярного охлаждения т и коэффициента формы К по формуле (9) были рассчитаны коэффициенты температуропроводности исследуемых образцов а, а также средние значения коэффициента теплопроводности к для каждого нетканого полотна:

к = С • р • а, (11)

при известной плотности р (данные из табл. 1) и теплоемкости С = (1,65 2,61) кДж/(кгК) рассматриваемых экспериментальных полотен. Результаты вычислений представлены в таблице 3:

Таблица 3.

Расчетные свойства исследуемых образцов_

Материал Коэффициент Температуропроводность Теплопроводность

(по артикулу) формы К, мм2 а, м2/с X, Вт/(м К)

110-5-200 19,706 4,01x10-7 2,18x10-2

50-3-300 49,804 9,74x10-7 4,99x10-2

80-3-400 33,699 5,54x10-7 4,74x10-2

50-5-400 48,210 1,04x10-6 7,36x10-2

80-1-300 40,631 8,53x10-7 4,86x10-2

110-1-200 27,415 5,17x10-7 2,37x10-2

110-5-400 17,737 4,23x10-7 5,14x10-2

110-1-400 37,780 7,78x10-7 6,26x10-2

50-1-400 70,948 1,13x10-6 6,48x10-2

80-5-300 28,620 5,92x10-7 4,07x10-2

Учитывая результаты экспериментально полученных данных, для температуры 100 °С (373 К) расчет по формуле (5) дает 103 ■ к = 51,4, т.е. разница с экспериментальной величиной составляет 3%. Это значение является вполне приемлемым результатом, принимая во внимание точность эксперимента и имея в виду значительную разность температур нагретой и холодной поверхностей, которая велика по сравнению с Т.

По результатам, полученным в ходе теоретического и экспериментального исследований теплофизических свойств изоляционных материалов, и по их удовлетворительной сходимости можно сделать вывод о целесообразности применения предложенной выше модели, основанной на регулярном режиме первого рода, для экспериментального определения теплофизических свойств различных гетерогенных (в частности - пористых) тел, а также текстильных нетканых материалов.

Следует, однако, отметить, что учёт и определение теплофизических свойств рассмотренных пористых изоляционных материалов зависит от воздействия столь многих факторов (кроме формы и ориентации пустот), что они могут изменяться от образца к образцу одного и того же материала при прочих равных условиях, оказывая, таким образом, влияние на перенос тепла в исследуемых телах, имеющих неоднородную гетерогенную структуру.

Использованные источники:

1. Борисов Ю.Д. Новые теплоизоляционные материалы для строительства. // Технический текстиль. - 2002. - № 3. - с. 18-23.

2. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. - М.: Физматгиз, 1962. - 457 с.

3. Марюшин Л.А., Сенникова О.Б., Курочкин И.А. Экспериментальное исследование теплопроводности пористых теплоизоляционных материалов. // Известия МГИУ. - 2009. - № 4 (17). - с. 29-34.

4. Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизоры и их применение. - М.: Интел

универсал, 2002. - 88 с.

5. Конюхова С.В., Мухамеджанов Г.К., Сутягина Т.Ф. О номенклатуре нетканых фильтрующих материалов и областей их применения. // Технический текстиль. - 2002. - № 1. - с. 34-38.

6. Машиностроение. Энциклопедия. Том I - II / Под ред. Колесникова К.С. -М.: Машиностроение, 1999. - 600 с.

УДК 658.5.011

Сердюков С.А. студент магистратуры Санкт-Петербургский политехнический университет

Петра Великого Чернова Е. В., д. э. н.

доцент

научный руководитель: Барсукова Н.В., к.т.н.

доцент

Россия, г. Санкт-Петербург

ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТОМ СОЗДАНИЯ РЕСТОРАНА ПРИ ГОСТИНИЦЕ

Аннотация:

Статья посвящена изучению вопроса особенностей управления проектом создания ресторана при гостинице. В рамках последнего десятилетия в России наблюдается стремительный рост гостиничного бизнеса и сферы общественного питания. В крупных городах создаются целые сети отелей и ресторанов при них. Количество проектов, связанных со сферой гостеприимства стремительно растет даже после проведения ряда международных мероприятий (олимпиада в Сочи или чемпионат мира по футболу). В то же время, в стране наблюдается стойкая тенденция отсутствия правильной теоретической базы, связанной с управлением проектами в данной сфере, в результате чего выросла потребность в разработке теоретической и методологической базы в области управления подобными проектами.

Ключевые слова: гостиничный бизнес, управление проектами, особенности управления проектами в сфере гостеприимства, предприятие общественного питания, создание ресторана.

Serdiukov S.A., master program student Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University Russian Federation, Saint-Petersburg city FEATURES OF PROJECT MANAGEMENT OF CREATION OF A RESTAURANT AT THE HOTEL

Annotation:

The article is devoted to the study of the features of the project management project of creating a restaurant at the hotel. In the last decade in Russia, there has

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.